Synthèse rapide

• La production électrique s'ajuste à la demande instantanément via automates, opérateurs ou centrales.
• La centrale nucléaire sert de base constante, mais ne peut couvrir seule tous les pics en raison de délais de démarrage/arrêt longs.
• L'intermittence du solaire et de l’éolien nécessite une prévision météo précise.
• Le stockage d’énergie se fait par des piles, accumulateurs (batteries), ou autres moyens comme hydraulique, condensateurs, supercondensateurs, volants d’inertie, ou électrolyse.
• La demi-équation de la pile Daniell :
  • À l’électrode de cuivre : $Cu^{2+} + 2e^- = Cu$
  • À l’électrode de zinc : $Zn = Zn^{2+} + 2e^-$
• La chaîne énergétique : molécules ou atomes → pile → énergie électrique → circuit électrique.
• La batterie d’un véhicule sert à lancer le moteur ou alimenter les accessoires dans une voiture à essence; dans une voiture électrique, elle alimente le moteur en continu.
• La recharge de la batterie est assurée par un alternateur utilisant la rotation du moteur.
• Les avantages des batteries lithium ou à hydrogène résident dans la rapidité de charge et la durabilité, mais leur capacité est limitée par la masse, cycles ou temps de charge.
• Le rendement d’un cycle hydraulique (stockage par retenue d’eau) est environ 84%.

Concepts et définitions

• Intermittence : caractéristique de l’énergie renouvelable dépendant de la météo.
• Fond constant : production assurée par les centrales nucléaires, stable mais difficile à ajuster rapidement.
• Stockage électrochimique : accumulation d’énergie sous forme chimique dans des batteries ou piles.
• Demi-équation : réaction chimique indivisible dans une pile électrique.
• Rendement : ratio entre l’énergie récupérée et l’énergie consommée dans un cycle de stockage.

Formules, lois, principes

• Demi-équation pile Daniell : $ Cu^{2+} + 2e^- = Cu \quad ; \quad Zn = Zn^{2+} + 2e^- $
• Equation globale : $ Cu^{2+} + Zn \rightarrow Cu + Zn^{2+} $
• Rendement du stockage hydraulique : $ \eta = \frac{E_{produite}}{E_{consommée}} \approx 84% $
• Conservation d'énergie dans le stockage électrique : énergie chimique, électrique, thermique.

Méthodes et procédures

1. Sur une pile Daniell :
   • Observer le montage, repérer électrodes, solution, circuit.
   • Écrire la demi-équation de chaque électrode.
   • Déterminer le sens du courant : flux d’électrons du zinc vers le cuivre.
   • Identifier le moment où la pile est épuisée : absence de Zn ou Cu$^{2+}$.
2. Pour une centrale hydraulique :
   • Stockage par retenue d’eau en hauteur.
   • Conversion d’énergie potentielle en énergie électrique par turbines.
   • Calculer le rendement : $ \eta = \frac{E_{reçue}}{E_{dégagée}} $
3. Pour évaluer les méthodes de stockage alternatifs :
   • Comparer avantages (rapidité, durabilité) et inconvénients (auto-décharge, capacité).

Exemples illustratifs

• La réaction à la cathode du pile Daniell : $Cu^{2+} + 2e^- = Cu$, montre la réduction du cuivre.
• La centrale hydraulique : stockage sous forme d’énergie potentielle (hauteur de l’eau).
• La batterie d’un véhicule électrique : stockage chimique dans lithium-ion.

Pièges et points d'attention

• Confusion entre demi-équations et équation globale.
• Négliger le délai de démarrage des centrales nucléaires pour la gestion de pics.
• Surévaluer la capacité des batteries en termes de masse vs capacité.
• Oublier le rôle de l’alternateur dans la recharge des batteries.
• Confusion entre stockage d’énergie électrique et stockage chimique.

Glossaire

• Intermittence : variation aléatoire de la production d’énergie renouvelable.
• Demi-équation : réaction chimique individuelle à l’électrode.
• Rendement : efficacité d’un cycle de stockage.
• Stockage hydraulique : stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle gravitationnelle.
• Supercondensateurs : dispositifs de stockage à charge rapide, faible capacité, longue durée de vie.
• Auto-décharge : perte d’énergie d’un accumulateur sans utilisation.
• Énergie potentielle : énergie stockée en hauteur (ex. dans une retenue d’eau).